Тема: Аппараты, работающие под давлением. Обеспечение безопасности работы оборудования под давлением выше атмосферного
При осуществлении различных технологических процессов, проведении ремонтных работ, в быту и т.д. широко распространены различные системы повышенного давления, к которым относится следующее оборудование: трубопроводы, баллоны и емкости для хранения или перевозки сжатых, сжиженных и растворенных газов, паровые и водяные котлы, газгольдеры и др. Основной характеристикой этого оборудования является то, что давление газа или жидкости в нем превышает атмосферное. Это оборудование принято называть сосудами, работающими под давлением.
Основное требование к этим сосудам – соблюдение их герметичности на протяжении всего периода эксплуатации. Герметичность – это непроницаемость жидкостями и газами стенок и соединений, ограничивающих внутренние объемы сосудов, работающих под давлением. Кроме этих сосудов требования по герметичности обязательны и для вакуумных установок и оборудования.
Любые сосуды, работающие под давлением, всегда представляют собой потенциальную опасность, которая при определенных условиях может трансформироваться в явную форму и повлечь тяжелые последствия. Разгерметизация (потеря герметичности) сосудов, работающих под давлением, достаточно часто сопровождается возникновением двух групп опасностей.
Первая из них связана с взрывом сосуда или установки, работающей под давлением. При взрыве может произойти разрушение здания, в котором расположены сосуды, работающие под давлением, а также травмирование персонала разлетающимися осколками оборудования.
Вторая группа опасностей зависит от свойств веществ, находящихся в оборудовании, работающем под давлением. Так, обслуживающий персонал может получить термические ожоги, если в разгерметизировавшейся установке находились вещества с высокой или низкой температурой. Если в сосуде находились агрессивные вещества, то работающие могут получить химические ожоги; кроме того, при этом возникает опасность отравления персонала. Радиационная опасность возникает при разгерметизации установок, содержащих различные радиоактивные вещества. Таким образом, для обеспечения безопасности персонала, обслуживающего сосуды под давлением, весьма важно, чтобы эксплуатируемое оборудование сохраняло герметичность.
Рассмотрим основные виды сосудов и аппаратов, работающих под давлением.
Трубопроводы – это устройства для транспортировки жидкостей и газов. Для определения вида вещества, транспортируемого по трубопроводам, их окрашивают в соответствующие цвета (опознавательная окраска):
вода– зеленый; пар– красный; воздух– синий;
газы горючие и негорючие – желтый;
кислоты – оранжевый; щелочи – фиолетовый;
жидкости горючие и негорючие – коричневый;
прочие вещества – серый.
Кроме опознавательной окраски на трубопроводы наносят краской предупредительные (сигнальные) цветные кольца:
Количество сигнальных колец определяет степень опасности.
Баллоны – это сосуды для транспортировки и хранения сжатых и растворенных газов. Различают баллоны малой (0,4– 12 л), средней (20– 50 л) и большой (80– 500 л) вместимости. В зависимости от содержащихся газов баллоны окрашивают в соответствующие сигнальные цвета, а также на их поверхность наносят надпись, указывающую вид газа, а в ряде случаев - отличительные полосы. В верхней части каждого стального баллона выбиты следующие данные: товарный знак предприятия-изготовителя; дата (месяц и год) изготовления (последнего испытания) и год следующего испытания; вид термообработки материала баллона; рабочее и пробное гидравлическое давление, МПа; емкость баллона, л; масса баллона, кг; клеймо ОТК; обозначение действующего стандарта.
Газгольдеры предназначены для хранения и выдачи больших количеств сжатых газов, отделения от них механических примесей и других целей. Различают газгольдеры высокого и низкого давления. В первых из них сжатый газ находится по одним из следующих давлений: менее 25; 32 и 40 МПа. Газгольдеры низкого давления рассчитаны на большой объем хранимых газов: 10 5 – 3×10 7 л.
Кроме рассмотренных герметичных устройств и установок применяют также автоклавы, компрессоры, котлы.
Основные причины, приводящие к разгерметизации сосудов, работающих под давлением, принято делить на эксплуатационные и технологические. Первой эксплуатационной причиной разгерметизации является образование взрывоопасных смесей, состоящих из горючих газов, паров или жидкостей и окислителя. Примером таких смесей могут служить ацетилен и кислород, водород и кислород, пары этилового спирта и кислород и др. Взрывоопасные смеси «горючее– окислитель» могут возгораться и взрываться, если имеется инициатор (источник) зажигания, в качестве которого может выступить электрическая искра (например, возникающая в результате накопления статического электричества), искры от газо- и электросварки, искры, возникающие от удара стальных предметов, нагретые тела и др. Существует также ряд самовоспламеняющихся систем, для которых не требуется инициатор зажигания. Примером таких систем могут служить натрий или калий, которые при нормальной температуре взрываются при соприкосновении с хлороформом.
Для предотвращения взрывов следует исключать возможность образования систем «горючее– окислитель», предотвращать инициирование горения, а также обеспечивать локализацию очага горения.
Исключить образование взрывоопасных смесей в системе «горючее– окислитель» можно максимальным ограничением концентрации горючего вещества в смеси с окислителем, чтобы в этой системе не образовывалась взрывоопасная смесь; добавлением к взрывоопасным смесям «горючее-окислитель» инертных компонентов (флегматизаторов). Примером таких веществ могут служить азот и углекислый газ. Эти вещества не участвуют в реакции горения и способны ее тормозить.
Локализацию очага горения применяют, если существует вероятность образования взрывоопасной смеси и имеется инициатор зажигания. В этом случае используют огневзрывопреградители, которые ограничивают очаг горения в пределах определенного аппарата или газопровода, способного выдержать последствия горения. Передача горящей смеси в другие аппараты, таким образом, исключается.
Вторая эксплуатационная причина разгерметизации установок и аппаратов, работающих под давлением, – это так называемые побочные процессы, протекающие в них и приводящие к постепенному изменению и разрушению конструкционных материалов, из которых эти установки изготовлены (это коррозия стенок аппаратов, образование накипи на стенках котлов, уменьшение прочностных свойств материалов установок и др.). Для того, чтобы исключить влияние побочных процессов, необходимо своевременно и качественно проводить профилактические и ремонтные работы сосудов, работающих под давлением, а также правильно их эксплуатировать.
Технологические причины разгерметизации – это различные дефекты (трещины, вмятины, дефекты сварки и др.), возникшие при изготовлении, хранении и транспортировке сосудов, работающих под давлением. Для своевременного обнаружения этих дефектов применяют различные методы контроля: внешний осмотр сосудов и аппаратов, работающих под давлением, неразрушающие методы контроля (люминесцентные, ультразвуковые и рентгеновские методы), гидравлические испытания сосудов, механические испытания материалов, из которых изготовлены сосуды, и др.
Контрольные вопросы
1. Что такое опасная зона?
2. Охарактеризуйте оградительные средства защиты.
3. Что такое предохранительные, блокирующие и сигнализирующие устройства?
4. Для чего используют системы дистанционного управления производственными процессами?
5. Что такое двуручное включение машин и оборудования?
6. Дайте определение понятия «сосуд, работающий под давлением».
7. Какие виды сосудов, работающих под давлением, вы знаете?
8. Что такое сигнальная окраска трубопроводов?
9. Перечислите цвета окраски баллонов.
10. Каковы основные условия безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением?
11. Как необходимо хранить и транспортировать сосуды, работающие под давлением?
XII. Безопасность в чрезвычайных ситуациях
Сосудами, работающими под давлением называются герметически закрытые емкости, предназначенные для ведения в них химических и тепловых процессов, а также для хранения и перевозки сжатых, сжиженных и растворенных газов и жидкостей под давлением.
Наиболее частыми причинами разрушения таких сосудов являются:
Недостатки конструкции;
Превышение допустимого давления;
Потеря механической прочности материала сосуда вследствии коррозии, внутренних дефектов, перегрева и т.д.;
Неисправность защитных устройств;
Неправильная эксплуатация.
Установлены следующие группы сосудов :
1. Сосуды для воды с t ³ 115 о С, или другой жидкости, имеющей температуру кипения, такую, что Р > 0,07 МПа
2. Сосуды для газов, паров у которых Р р > 0,07 МПа.
3. Цистерны и бочки для сжиженных газов у которых давление насыщенных паров Р > 0,07 МПа.
4. Сосуды в которых среды содержатся при атмосферном давлении, но опопрожнения производятся избыточным давлением Р > 0,07 МПа
5. Баллоны для сжиженных газов.
6. Парокамеры министерства образования.
7. Сосуды, являющиеся частями машин.
8. Сосуды под вакуумом, сосуды из неметаллических материалов.
Никакого изменения конструкции этих сосудов быть не должно.
Необходимы испытания сварного шва на удар нагрузки.
К эксплуатации таких сосудов допускаются совершеннолетние лица, специально подготовленные, физически и психически здоровые.
Эти сосуды периодически проходят техническое освидетельствование :
Регистрируемые – наружний и внутренний осмотр проводится 1 раз в 2 года (коррозионные среды – проводятся 1 раз в год), гидравлические испытания проводятся 1 раз в 8 лет.
Р исп = (1,25-1,5) Р раб ³ 0,2 Мпа.
Нерегистрируемые: в зависимости от условий эксплуатации и типа сосуда.
Освидетельствование включает в себя: внешний и внутренний осмотр, испытание на герметичность, испытание на прочность.
Ряд устройств требуемых к конструкции сосудов:
1. Устройства обеспечивающие безопасность:
Предохранительные клапаны - устройство, автоматически открывающееся при повышении давления и закрывающееся при снижении давления до рабочего (грузовые, рычажные, пружинные…), их количество, размеры и пропускная способность должны быть в таком виде, чтобы не могло образовываться давление, превышающее рабочее более, чем на 10-15 % в зависимости от рабочего давления в сосуде;
Разрывные пластины (мембраны) – разрываются при повышении давления более, чем на 25%;
Манометры – 2 шт, доного типа, предела измерения и класса точности.
Признаки неисправности манометров: невозврат стрелки на нуль шкалы после снятия давления, отсутствие показаний при подаче давления, отсутствие клейма о проведении проверки, механические повреждения, просроченный срок эксплуатации. Проверка манометров проводится раз в год, проверка показаний манометров контрольным манометром раз в полгода;
2. Устройства для осмотра внутренней поверхности (съемные крышки, люки, лазы…)
Уровнемеры, термометры;
Исправная запорная и регулирующая арматура;
Предохранительная мембрана (диск из металла или другого материала, закрепленный в стенке сосуда, при давлении большем чем рабочее на 25% мембрана разрывается и довление падает);
Взрывные клапаны.
Материалы, предназначенные для ремонта и изготовления сосудов должны иметь сертификаты, подтверждающие их соответствие назначению и специальным техническим условиям (для предупреждения аварий).
Признаки аварийной ситуации при экслуатации сосудов:
1. Неисправность предохранительных клапанов;
2. Превышение давления сверх нормы, Р пр £ 1,1 Р рабоч. пом.
3. Повреждение прокладок, крепежа, срыв резьбы.
4. Неисправность корпуса сосуда.
5. Неисправность блокируюших приборов, термометров …
2. Баллоны под давлением (с гелием, фреоном, водородом…)
Баллоны – это сосуды с горловиной, предназначеные для хранения и транспортирования относительно небольших колличеств сред в сжатом, сжиженном или растворенном состоянии.
Давление в баллоне может колебаться от 0,1 Мпа до 20 Мпа. Вместимость от 0,4-12 литров (малой вместимости), 20-50 литров (средней вместимости), до 80-500 литров (большой вместимости). Обычно используются 40 литровые баллоны.
На верхней части баллонов (у горловины) выбиваются, методом клеймления, технические данные:
Номер завода;
Заводской номер баллона;
Дата изготовления;
Рабочее давление;
Давление испытания;
Вместимость баллона;
Масса пустого баллона (около 90 кг);
Вид термообработки (нормализация, закалка с отпуском);
Дата последнего и следующего технического освидетельствования (освидетельствование проводят 1 раз в 5 лет для некоррозионных сред, 1 раз в 4 года для коррозионных сред);
Клеймо ОТК;
Обозначение действующего стандарта.
Все баллоны используют только для своей среды. Для этого используется опознавательная окраска , сигнальная полоса и надпись:
Кислород – голубая окраска, черная надпись;
Ацитилен – белая окраска, каричневая надпись;
Азот – черная окраска, желтая надпись, коричневая полоса;
Сжатый воздух – черная окраска, белая надпись;
Гелий – коричневая окраска, белая надпись.
Сигнальная окраска предназначена для исключения образования смеси «горючее-окислитель» из-за заполнения емеостей рабочим телом, для которого они не предназначены.
Баллоны для растворенных газов, внутри заполняются пористой массой (углем) и заливается ацетон.
Основные правила безопасной эксплуатации баллона.
1. Отбор пара осуществляется через редуктор;
2. Запрещен отбор газа из баллона до нуля, остаточное давление не менее 0,5 атм. (для определения газа в баллоне и проверки герметичности);
3. Хранение в неотапливаемых, хорошо проветриваемых помещениях, с надежным закреплением хомутами. Необходима отдельная секция для баллонов с кислородом и горючих газов.
4. Минимальное расстояние от баллонов до источников тепла, открытого огня – 5 метров, до отопительных приборов 1 метр.
5. Баллоны для сжиженных газов дополняются по массе.
6. Транспортировка без ударов, с горловинами по ходу движения, с надетыми защитными колпочками.
7. Недопущение попадания масла.
Причины взрывов баллонов.
1. Соударение при низких или высоких температурах;
2. Переполнение баллона;
3. Плохое качество пористой массы при отсутствии ацетона;
4. Ошибочное использование баллона;
5. Попадание масла на кислородный баллон.
Герметизированные системы, в которых под давлением находятся сжатые газы и жидкости (нередко токсичные, пожаро и взрывоопасные, имеющие высокую температуру), широко применяются в современном производстве и на транспорте. Такие системы являются источником повышенной опасности и поэтому при их проектировании, изготовлении, эксплуатации и ремонте должны строго соблюдаться установленные правила и нормы.
К рассматриваемым установкам и системам относятся: паровые и водогрейные котлы; экономайзеры и газгольдеры; трубопроводы различного назначения (пара, горячей воды, сжатых и сжиженных газов, нефтепродуктов и т.п.); сосуды; цистерны; бочки; баллоны; установки газоснабжения и многое другое оборудование, составными частями которого являются вышеперечисленные устройства.
Сосуд, работающий под давлением – это герметически закрытая емкость, предназначенная для ведения химических или тепловых процессов, а также для хранения и транспортировки сжиженных и растворимых газов и жидкостей под давлением (границей сосуда являются входные и выходные штуцера).
Одним из основных требований, предъявляемых к системам, находящимся под давлением, является их герметичность.
Герметичность – это непроницаемость жидкостями и газом стенок и соединений, ограничивающих внутренние объемы устройств и установок.
Принцип герметичности, т.е. непроницаемости, используется во всех устройствах и установках, в которых в качестве рабочего тела применяется жидкость или газ. Этот принцип является также обязательным для вакуумных установок.
Принцип герметичности, используемый при организации рабочего процесса устройств и установок под давлением, является важным с точки зрения безопасности их эксплуатации, т.к. любые системы повышенного давления всегда представляют собой потенциальную опасность.
Из множества герметичных устройств и установок, работающих под давлением, можно выделить те, которые наиболее широко применяются в промышленности и на транспорте. К ним относятся:
1. Барокамера – сосуд, оснащенный приборами и оборудованием и предназначенный для размещения в нем людей.
2. Баллон – сосуд, имеющий одну или две горловины для установки вентилей, фланцев или штуцеров, предназначенный для транспортировки, хранения и использования сжатых, сжиженных или растворенных под давлением газов.
3. Котел - устройство, имеющее топку, обогреваемую продуктами сжигаемого в ней топлива, или устройство, в котором для подогрева рабочей среды используется тепло, выделяемое при протекании через нее электрического тока, или тепло, выделяемое тепловыми электрическими нагревателями, и предназначенное для получения пара с избыточным давлением или горячей воды, используемых вне самого устройства.
4. Газгольдер – естественный или искусственный резервуар для хранения газа.
5 . Трубопровод - система герметично соединенных труб, арматуры, элементов и т.п., предназначенных для транспортирования рабочей среды с избыточным давлением.
Жидкости и газы, транспортируемые по трубопроводам, разбиты на десять укрупненных групп, в соответствии с которыми установлена опознавательная окраска трубопроводов. Кроме этого, на трубопроводы наносят предупреждающие кольца определенного цвета в зависимости от степени опасности транспортируемого вещества.
Сосуды, работающие под давлением, характеризуются следующими параметрами:
1. Вместимость (V ) – объем внутренней полости оборудования, работающего под давлением, определяемый по заданным на чертежах номинальным размерам. При определении вместимости из общей емкости исключается объем, занимаемый футеровкой, трубами и другими внутренними устройствами.
2. Избыточное давление - в еличина давления относительно атмосферного давления, т.е. величина манометрического давления (единица измерения – Па, кПа, МПа или кгс/см 2 или атм.).
1 физическая атмосфера (атм) = 1 кгс/см 2 = 101325 Па
1 мм. Рт. Ст. = 133,322 Па = 1,33 гПа
3. Максимально допустимое рабочее давление (P S ) – установленное изготовителем максимальное избыточное давление, при нормальном протекании технологического процесса без учета кратковременного повышения давления во время действия предохранительных устройств.
4. Максимально/минимально допустимая температура (Т S ) - максимальные/минимальные температуры рабочей среды, при которых может применяться оборудование (единица измерения T S - градус Цельсия).
5. Назначенный ресурс – установленная в натуральных показателях изготовителем (проектировщиком) суммарная наработка оборудования, работающего под давлением, от начала его эксплуатации до прогнозируемого перехода в предельное состояние.
6. Назначенный срок службы – установленная изготовителем (проектировщиком) временная продолжительность эксплуатации оборудования, работающего под давлением, от начала эксплуатации до прогнозируемого перехода в предельное состояние.
7. Предохранительные устройства - устройства, предназначенные для защиты оборудования, работающего под давлением, от превышения давления или температуры свыше допустимых величин.
8. Рабочая среда : - газы, жидкости и пары в однофазном состоянии, а также их смеси. Рабочая среда может содержать частицы твердых веществ во взвешенном состоянии.
Сосуды, работающие под давлением, в своей конструкции (кроме собственно емкости, содержащей рабочую среду) обязательно должны иметь следующие элементы, обеспечивающие безопасную их эксплуатацию:
Запорную и запорно-регулирующую арматуру;
Предохранительные устройства;
Контрольные приборы для измерения давления и температуры.
Предохранительные устройства обязательно устанавливают на все установки и сосуды, работающие под давлением, за исключением малых объектов, например, газовых баллонов. Поскольку от этого устройства зависит безотказная работа установки, часто предусматривают два предохранительных устройства: одно - рабочее, другое – резервное.
Предохранительные устройства имеют различное конструктивное исполнение, но наиболее распространенными являются следующие:
1. Предохранительные устройства с разрушающимися мембранами (предохранительные мембраны).
2. Взрывные клапаны.
3. Пружинные клапаны.
Каждый сосуд должен иметь манометр и термометр. Манометры имеют класс точности не ниже 2,5 при рабочем давлении до 25 атм, и не ниже 1,5 при рабочем давлении свыше 25 атм.
Т.о., сосуды, работающие под давлением, являются сложными техническим устройствами и требуют при эксплуатации строгого соблюдения установленных правил и норм.
Для обеспечения надежной и безопасной работы герметичных систем и установок, работающих под давлением, необходимо выполнять целый комплекс организационных и технических мероприятий, направленных на предупреждение аварий.
Госгортехнадзором РФ утверждены «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением», в которых определены требования к устройству, ремонту и эксплуатации сосудов. (Постановление Госгортехнадзора РФ от 11 июня 2003 г. N 91). Настоящим Правилам присвоен шифр ПБ 03-576-03.
Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов , работающих под давлением (далее по тексту Правила), устанавливают требования к проектированию, устройству, изготовлению, реконструкции , наладке, монтажу, ремонту , техническому диагностированию и эксплуатации сосудов, цистерн , бочек , баллонов , барокамер , работающих под избыточным давлением .
Конструкция сосудов должна обеспечивать надежность и безопасность эксплуатации в течение расчетного срока службы и предусматривать возможность проведения технического освидетельствования, очистки, промывки, полного опорожнения, продувки, ремонта, эксплуатационного контроля металла и соединений.
Проекты сосудов и их элементов (в том числе запасных частей к ним), а также проекты их монтажа или реконструкции должны выполняться специализированными организациями.
Руководители и специалисты, занятые проектированием, изготовлением, реконструкцией, монтажом, наладкой, ремонтом, диагностикой и эксплуатацией сосудов, должны быть аттестованы на знание Правил в соответствии с Положением о порядке подготовки и аттестации работников организаций, осуществляющих деятельность в области промышленной безопасности ОПО, подконтрольных Госгортехнадзору РФ, утвержденным постановлением Госгортехнадзора России от 30.04.02 N 21.
На каждый сосуд составляется и передается потребителю паспорт с чертежами и расчетами. На корпусе на видном месте наносятся данные (не краской):
завод-изготовитель;
заводской номер;
год изготовления и дата освидетельствования;
рабочее и пробное давление;
общую массу установки,
вместимость
допустимая температура стенок,
клеймо завода.
Разрешение на пуск в работу сосуда выдается местной инспекцией Госгортехнадзора после освидетельствования и регистрации, о чем делается отметка в паспорте сосуда.
После ввода в эксплуатацию на сосуде делается табличка размером не менее 150x200 мм с указанием:
регистрационного номера,
расчетного давления,
Даты следующих испытаний.
Техническое освидетельствование установок, работающих под давлением, осуществляется после монтажа и пуска в эксплуатацию, а также периодически в процессе эксплуатации, и в необходимых случаях - внеочередному освидетельствованию.
Объем, методы и периодичность освидетельствования определяются изготовителем сосудов и емкостей и указываются в инструкциях по монтажу и эксплуатации. В случае отсутствия таких указаний техническое освидетельствование проводится по правилам, определенным Ростехнадзором. Как правило, периодическое техническое освидетельствование заключается во внутреннем осмотре (не реже 1 раза в 4 года) и в гидравлическом испытании (не реже 2 раз в 8 лет). Гидравлическое испытание проводится давлением, превышающем рабочее в 1,2-2 раза в зависимости от рабочего давления и температуры. Гидроиспытания допускается заменять пневматическими с соблюдением специальных мер предосторожности.
Освидетельствование установок, зарегистрированных в органах Ростехнадзора, проводит их представитель (технический инспектор), а незарегистрированных - лицо, на которое приказом по предприятию возложен надзор за эксплуатацией установок, работающих под давлением.
При гидравлических или пневматических испытаниях проводится внешний осмотром наружной поверхности сосуда, разъемных и сварных соединений на предмет обнаружения течи. Если нет течи, трещин, потения и сварных соединениях, падения давления по контрольному манометру, сосуд считается выдержавшим испытания.
При невозможности (по конструктивным особенностям сосудов) проведения внутреннего осмотра последний заменяют осмотром в доступных местах и пневматическим испытанием на прочность пробным давлением, проводимым не реже одного раза в два года.
Техническое освидетельствование аппаратов (сосудов) должно проводить лицо, ответственное в организации по надзору за техническим состоянием и эксплуатацией.
Результаты технических освидетельствований с указанием разрешенных параметров эксплуатации и следующие сроки их проведения должны быть записаны в книгу учета и освидетельствования и паспорт аппаратов (сосудов) лицом, производящим освидетельствование. Разрешение на ввод сосуда (аппарата) в эксплуатацию дается этим же лицом и записывается в паспорт сосуда.
Обслуживание установок может быть поручено лицам не моложе 18 лет, прошедшим производственное обучение и аттестацию в квалификационной комиссии и имеющим удостоверение на право обслуживания.
При эксплуатации необходимо поддерживать в исправном состоянии КИП, запорную арматуру и предохранительные устройства.
Пропускная способность предохранительных устройств (клапанов, мембран) д.б. такой, чтобы в сосуде не могло образоваться давление, превышающее рабочее на:
0,05 МПа при рабочем давлении = <0,3 МПа,
15% при рабочем давлении 0,3 – 6 МПа,
10% при рабочем давлении > 6 МПа.
При применении предохранительных мембран давление не должно превышать рабочее более, чем на 25%.
Группы опасностей сосудов и установок, работающих под давлением.
Установки, работающие под давлением, при неправильной их эксплуатации на производстве могут являться источниками взрывоопасности. С этой точки зрения источниками повышенной опасности являются: паровые и водогрейные котлы, компрессоры, воздухосборники (ресиверы), газовые баллоны, паропроводы, газопроводы, автоклавы и др.
Взрыв или возгорание газообразных или смешанных горючих химических веществ наступает при определенном содержании этих веществ в воздухе, что приводит к разрушению и повреждению зданий и сооружений. На производстве при взрыве образуется ударная волна. Степень разрушения конструкций, оборудования, машин и коммуникаций, а также степень поражения людей зависит от величины избыточного давления во фронте ударной волны ΔP ф.
Нарушение герметичности сосуда опасно не только для обслуживающего персонала, но и для всех людей, находящихся в опасной зоне, а также может привести к значительным разрушениям, сопровождаться пожарами, массовыми отравлениями. При разгерметизации сосудов создаются опасные и вредные производственные факторы, зависящие от физико-химических свойств рабочей среды, и при этом возникает риск:
Травматизма и разрушений, связанных с высоким давлением газа в системе, взрывом горючих газов и веществ;
Получения термических ожогов под воздействием высоких температур;
Получения химических ожогов из-за агрессивности среды;
Радиационной опасности при использовании в установках в качестве теплоносителя радиоактивных материалов;
Удушья и отравления инертными и токсичными газами.
Как показывает анализ аварий, нарушение герметичности происходит в результате действия ряда факторов, которые можно разделить на две группы: эксплуатационные и технологические.
Эксплуатационные факторы обусловлены физико-химическими свойствами рабочего тела, параметрами его состояния, условиями эксплуатации. К ним относят: протекание побочных процессов в устройствах и установках, приводящие к ослаблению прочности конструкции; образование взрывчатых смемей; неправильную эксплуатацию сосудов.
Технологическиефакторы связаны с дефектами при изготовлении, монтаже,
При осуществлении различных технологических процессов, проведении ремонтных работ, в быту и т.д. широко распространены различные системы повышенного давления, к которым относится следующее оборудование: трубопроводы, баллоны и емкости для хранения или перевозки сжатых, сжиженных и растворенных газов, паровые и водяные котлы, газгольдеры и др. Основной характеристикой этого оборудования является то, что давление газа или жидкости в нем превышает атмосферное. Это оборудование принято называть сосудами, работающими под давлением.
Основное требование к этим сосудам – соблюдение их герметичности на протяжении всего периода эксплуатации. Герметичность – это непроницаемость жидкостями и газами стенок и соединений, ограничивающих внутренние объемы сосудов, работающих под давлением. Кроме этих сосудов требования по герметичности обязательны и для вакуумных установок и оборудования 1 .
1 Вакуумным называют оборудование, в котором различные технологические процессы протекают в среде разреженных газов. С физической точки зрения к разреженным относятся газы, находящиеся при столь малых давлениях, что средняя длина свободного пробега их молекул соизмерима с линейными размерами того оборудования, в котором эти газы находятся.
Любые сосуды, работающие под давлением, всегда представляют собой потенциальную опасность, которая при определенных условиях может трансформироваться в явную форму и повлечь тяжелые последствия. Разгерметизация (потеря герметичности) сосудов, работающих под давлением, достаточно часто сопровождается возникновением двух групп опасностей.
Первая из них связана с взрывом сосуда или установки, работающей под давлением. Взрывом называют быстропротекающий процесс физических и химических превращений веществ, сопровождающийся освобождением большого количества энергии в ограниченном объеме, в результате которого в окружающем пространстве образуется и распространяется ударная волна 1 , способная создать угрозу жизни и здоровью людей. При взрыве может произойти разрушение здания, в котором расположены сосуды, работающие под давлением, или его частей, а также травмирование персонала разлетающимися осколками оборудования.
1 Ударной волной называется распространение в газообразной, жидкой или твердой среде поверхности, на которой происходит скачкообразное повышение давления, сопровождающееся изменением плотности, температуры и скорости движения среды. Эта поверхность называется поверхностью взрыва или скачком уплотнения.
Вторая группа опасностей зависит от свойств веществ, находящихся в оборудовании, работающем под давлением. Так, обслуживающий персонал может получить термические ожоги, если в разгерметизировавшейся установке находились вещества с высокой или низкой температурой. Если в сосуде находились агрессивные вещества, то работающие могут получить химические ожоги; кроме того, при этом возникает опасность отравления персонала. Радиационная опасность возникает при разгерметизации установок, содержащих различные радиоактивные вещества. Таким образом, для обеспечения безопасности персонала, обслуживающего сосуды под давлением, весьма важно, чтобы эксплуатируемое оборудование сохраняло герметичность.
Рассмотрим основные виды сосудов и аппаратов, работающих под давлением.
Трубопроводы – это устройства для транспортировки жидкостей и газов. По существующему ГОСТу 14202-69 все жидкости и газы; транспортируемые по ним, разбиты на десять групп. Для определения вида вещества, транспортируемого по трубопроводам, их окрашивают в соответствующие цвета (опознавательная окраска):
Вода – зеленый
Пар – красный
Воздух – синий
Газы горючие и негорючие – желтый
Кислоты – оранжевый
Щелочи – фиолетовый
Жидкости горючие и негорючие – коричневый
Прочие вещества – серый
Кроме опознавательной окраски на трубопроводы наносят краской предупредительные (сигнальные) цветные кольца:
Цвет наносимого Транспортируемые вещества на трубопровод кольца
Красный – Взрывоопасные, огнеопасные, легковоспламеняющиеся
Зеленый – Безопасные или нейтральные
Желтый – Токсичные или иной вид опасности, например глубокий вакуум, высокое
давление, наличие радиации
Количество сигнальных колец определяет степень опасности. Баллоны – это сосуды для транспортировки и хранения сжатых и растворенных газов. Различают (согласно ГОСТу 949-73) баллоны малой (0,4–12 л), средней (20–50 л) и большой (80– 500 л) вместимости. В зависимости от содержащихся газов баллоны окрашивают в соответствующие сигнальные цвета, а также на их поверхность наносят надпись, указывающую вид газа, а в ряде случаев – отличительные полосы (табл. 21.1).
В верхней части каждого стального баллона выбиты следующие данные: товарный знак предприятия-изготовителя; дата (месяц и год) изготовления (последнего испытания) и год следующего испытания; вид термообработки материала баллона; рабочее и пробное гидравлическое давление, МПа; емкость баллона, л; масса баллона, кг; клеймо ОТК; обозначение действующего стандарта.
Криогенные сосуды предназначены для хранения и транспортировки различных сжиженных газов: воздуха, кислорода, аргона и др. В соответствии с ГОСТом 16024-79 Е их выпускают шести типоразмеров; 6; 3; 10; 16; 25 и 40 л. Эти сосуды маркируются следующим образом: например СК-40 – сосуд криогенный емкостью 40 л. Снаружи их окрашивают серебристой или белой эмалью и посередине наносят отличительную полосу с названием сжиженного газа, находящегося в сосуде. Кроме рассмотренных сосудов для хранения больших количеств сжиженных газов используют стационарные резервуары (объемом до 500 тыс. л и более), а для их перевозки – транспортные сосуды (цистерны), имеющие объем до 35 тыс. л.
Газгольдеры предназначены для хранения и выдачи больших количеств сжатых газов, отделения от них механических примесей и других целей. Различают газгольдеры высокого и низкого давления. В первых из них сжатый газ находится по одним из следующих давлений: менее 25; 32 и 40 МПа. Газгольдеры низкого давления рассчитаны на большой объем хранимых газов: 10 5 -3·10 7 л.
Кроме рассмотренных герметичных устройств и установок применяют также автоклавы 1 , компрессоры 2 , котлы.
1 Автоклавы – герметичные установки, предназначенные для проведения различных тепловых и химических процессов под повышенным давлением.
2 Компрессоры – устройства для получения сжатого воздуха давлением свыше 3·10 5 Па.
В нашей стране обеспечение безопасности работы герметичных устройств регламентируется нормативным документом:
«Правила устройства и безопасной эксплуатации стационарных компрессорных установок, воздухопроводов и газопроводов» и др.
Рассмотрим теперь основные причины, приводящие к разгерметизации сосудов, работающих под давлением. Их принято делить на эксплуатационные и технологические.
Первой эксплуатационной причиной разгерметизации является образование взрывоопасных смесей, состоящих из горючих газов, паров или жидкостей и окислителя. Примером таких смесей могут служить ацетилен и кислород, водород и кислород, пары этилового спирта и кислород и др.
Взрывоопасные смеси «горючее–окислитель» могут возгораться и взрываться, если имеется инициатор (источник) зажигания, в качестве которого может выступить электрическая искра (например, возникающая в результате накопления статического электричества), искры от газо- и электросварки, искры, возникающие от удара стальных предметов, нагретые тела и др. Существует также ряд самовоспламеняющихся систем, для которых не требуется инициатор зажигания. Примером таких систем могут служить натрий или калий, которые при нормальной температуре взрываются при соприкоановении с хлороформом.
Для предотвращения взрывов следует исключать возможность образования систем «горючее–окислитель», предотвращать инициирование горения, а также обеспечивать локализацию очага горения.
Исключить образование взрывоопасных смесей в системе «горючее–окислитель» можно следующими путями. Во-первых, максимально ограничивать концентрацию горючего вещества в смеси с окислителем, чтобы в этой системе не образовывалась взрывоопасная смесь. Во-вторых, рекомендуется добавлять к взрывоопасным смесям «горючее-окислитель» инертные компоненты, называемые флегматизаторами. Примером таких веществ могут служить азот и углекислый газ. Эти вещества не участвуют в реакции горения и способны ее тормозить.
Для того чтобы предотвратить инициирование процесса горения , необходимо нейтрализовать источники зажигания. Это достигается заземлением оборудования для исключения возможности накапливания статического электричества, применением безискрового (не дающего искр в процессе эксплуатации) инструмента и другими мероприятиями.
Локализацию очага горения применяют, если существует вероятность образования взрывоопасной смеси и имеется инициатор зажигания. В этом случае используют огневзрывопреградители, которые ограничивают очаг горения в пределах определенного аппарата или газопровода, способного выдержать последствия горения. Передача горящей смеси в другие аппараты, таким образом, исключается.
Вторая эксплуатационная причина разгерметизации установок и аппаратов, работающих под давлением, – это так называемые побочные процессы, протекающие в них и приводящие к постепенному изменению и разрушению конструкционных материалов, из которых эти установки изготовлены. Примерами таких процессов могут служить коррозия стенок аппаратов, образование накипи на стенках котлов, уменьшение прочностных свойств материалов установок и др. Для того чтобы исключить влияние побочных процессов, необходимо своевременно и качественно проводить профилактические и ремонтные работы сосудов, работающих по давлением, а также правильно их эксплуатировать.
Технологические причины разгерметизации – это различные дефекты (трещины, вмятины, дефекты сварки и др.), возникшие при изготовлении, хранении и транспортировке сосудов, работающих под давлением.
Для своевременного обнаружения этих дефектов применяют различные методы контроля: внешний осмотр сосудов и аппаратов, работающих под давлением, неразрушающие методы контроля (люминесцентные, ультразвуковые и рентгеновские методы), гидравлические испытания сосудов, механические испытания материалов, из которых изготовлены сосуды, и др.
Меры безопасности при эксплуатации газовых баллонов:
§ газовые баллоны необходимо хранить в вертикальном положении в проветриваемом помещении или под навесами. Их следует защищать от действия прямых солнечных лучей и осадков. Баллоны не должны храниться на расстоянии менее 1 м от радиаторов отопления и ближе 5 м от открытого огня;
§ нельзя переносить баллоны на плечах или руками в обхват;
§ эксплуатировать можно только исправные баллоны. Их надо устанавливать вертикально на месте проведения работ и надежно закреплять для предохранения от падения. Установленный баллон должен быть надежно защищен от воздействия открытого огня, теплового излучения и прямых солнечных лучей.
Сосудом, работающим под давлением, называют герметически закрытую емкость, предназначенную для ведения химических, тепловых и других технологических процессов, а также для хранения и транспортирования газообразных, жидких и других веществ. Границей сосуда являются входной и выходной штуцера. К числу сосудов, работающих под давлением, относятся котлы, баллоны, цистерны, бочки. Сосуды, работающие под давлением, изготавливают сварными или литыми на предприятиях, имеющих разрешение Госнадзорохрантруда. На заводе на поверхность сосудов наносят паспортные данные. После изготовления все сосуды подлежат испытанию пробным давлением.
При эксплуатации наиболее частыми причинами аварий и взрывов сосудов являются: превышение предельно допустимого давления, нарушение температурного режима, потеря ими механической прочности.
Сосуды, работающие под давлением, из-за возможности взрыва являются оборудованием повышенной опасности, поэтому эксплуатировать их необходимо в соответствии с “Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением”. Эти правила распространяются на: сосуды, работающие под давлением воды с температурой выше 115°С или другой жидкости с температурой, превышающей температуру кипения при давлении 0,07 МПа (без учета гидростатического давления); сосуды, работающие под давлением пара или газа свыше 0,07 МПа; баллоны, предназначенные для транспортирования и хранения сжатых, сжиженных и растворенных газов под давлением свыше 0,07 МПа; цистерны и бочки для транспортирования и хранения сжиженных газов, давление паров которых при температуре до 50°С превышает 0,07 МПа; цистерны и сосуды для транспортирования или хранения сжатых, сжиженных газов, жидкостей и сыпучих тел, в которых давление выше 0,07 МПа создается периодически для их опорожнения; барокамеры.
Указанные правила не распространяются на: сосуды и баллоны вместимостью не более 0,025 м 3 (25 л), для которых произведение давления (р) в МПа на вместимость (V) в м 3 не превышает 0,02; сосуды, работающие под вакуумом; приборы парового и водяного отопления; трубчатые печи; части машин, не представляющие собой самостоятельных сосудов, и некоторые другие.
Сосуды, на которые распространяются “Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением”, подлежат регистрации и техническому освидетельствованию - осмотру и испытанию пробным давлением. Предусмотрена регистрация некоторых сосудов в органах Госнадзорохрантруда. Регистрации в этих органах не подлежат: сосуды холодильных установок и холодильных блоков в составе технологических установок; бочки для перевозки сжиженных газов, баллоны вместимостью до 100 л включительно, установленные стационарно, а также предназначенные для транспортировки и (или) хранения сжатых, сжиженных и растворенных газов; сосуды для хранения или транспортировки сжиженных газов, жидкостей и сыпучих тел, находящиеся под давлением периодически при их опорожнении; сосуды со сжатым и сжиженным газами, предназначенные для обеспечения топливом двигателей транспортных средств, на которых они установлены, и некоторые другие.
На предприятиях торговли и общественного питания не используются сосуды, подлежащие регистрации в органах Госнадзор-охрантруда. Однако на этих предприятиях имеются или обращаются сосуды (аппараты), на которые распространяются требования “Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением”. К таким сосудам относятся аппараты стационарных холодильных установок, автосатураторы, баллоны с различными газами.
Разрешение на ввод в эксплуатацию сосуда, не подлежащего регистрации в органах Госнадзорохрантруда, выдается лицом, назначенным приказом по предприятию для осуществления надзора за техническим состоянием и эксплуатацией сосудов, на основании документации предприятия-изготовителя после проверки представителем организации обслуживания и, при необходимости, технического освидетельствования. Разрешение на ввод сосуда в эксплуатацию записывается в его паспорт. На поверхности сосуда должны быть следующие данные: регистрационный номер, разрешенное рабочее давление, дата (число, месяц и год) следующих осмотра и испытания.
Cосуд или группа сосудов, входящих в установку, включаются в работу на основании письменного распоряжения администрации предприятия. Сосуды, на которые распространяются требования указанных выше правил, периодически в процессе эксплуатации и, при необходимости, досрочно подвергаются техническому освидетельствованию. Объем, методы и периодичность технических освидетельствований сосудов (за исключением баллонов) определены предприятиями-изготовителями, указаны в паспортах и инструкциях по монтажу и безопасной эксплуатации. Техническое освидетельствование сосудов, цистерн, баллонов и бочек может производиться на специальных ремонтно-испытательных пунктах, на предприятиях-изготовителях, на наполнительных станциях, а также на предприятиях владельцев.
На предприятиях должны быть обеспечены содержание сосудов в исправном состоянии и безопасные условия их работы. Приказом по предприятию или объединению предприятий назначаются из числа инженерно-технических работников лицо, ответственное за исправное состояние и безопасное действие сосудов, и лицо, осуществляющее надзор за их техническим состоянием и эксплуатацией. К обслуживанию сосудов, работающих под давлением, допускаются лица, достигшие 18-летнего возраста, прошедшие специальное обучение (в профессионально-техническом училище, учебно-курсовом комбинате), аттестацию в квалификационной комиссии и инструктаж по безопасному обслуживанию сосудов. Проверка знаний персонала, обслуживающего сосуды, проводится не реже одного раза в год.
Инструкции по режиму работы и безопасной эксплуатации сосудов должны быть вывешены на рабочих местах и выданы под расписку обслуживающему персоналу.
При нарушениях режимов работы и появлении неисправностей эксплуатация сосудов должна быть прекращена.
Для управления работой и обеспечения безопасной эксплуатации сосуды оборудуют приборами для измерения давления и температуры, предохранительными устройствами, запорной арматурой и, при необходимости, указателями уровня жидкости.
На сосудах для измерения давления устанавливают манометры, проверка которых с опломбированием или клеймением производится не реже одного раза в год. Не реже одного раза в 6 месяцев на предприятии проверяют показания рабочих манометров по контрольному; результаты проверки записывают в журнал. Манометр должен иметь красную черту по делению, соответствующему разрешенному рабочему давлению в сосуде.
Предохранительные клапаны бывают пружинного и рычажно-грузового действия. Предохранительные клапаны должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.085-82.”ССБТ. Сосуды, работающие под давлением. Клапаны предохранительные. Требования безопасности”. Давление настройки предохранительных клапанов должно быть равно рабочему давлению в сосуде или превышать его, но не более чем на 25% . Рабочую среду, выходящую из предохранительного клапана, следует отводить в безопасное место. Предохранительные клапаны проверяют не реже одного раза в 6 месяцев или одного раза в год в зависимости от вида сосуда, на котором они установлены. При проведении периодических проверок предохранительный клапан после испытания и тарировки должен пломбироваться.
Вместо предохранительных клапанов могут быть использованы предохранительные пластины, разрывающиеся при давлении в сосуде, превышающем рабочее не более чем на 25% .
Сосуд, работающий под давлением, меньшим давления питающего его источника, должен быть оборудован автоматическим редуцирующим устройством для понижения давления газа. Камера низкого давления редуктора должна иметь манометр и пружинный предохранительный клапан, отрегулированный на соответствующее разрешенное давление в емкости, в которую перепускается газ. Такие устройства-редукторы имеются, например, в автосатураторах.
Запорную арматуру устанавливают на трубопроводах, по которым к сосуду подводятся или от него отводятся жидкости, пары или газы. Установка запорной арматуры между сосудом и предохранительным клапаном не допускается. Нельзя устанавливать запорные приспособления на трубах, отводящих газ или пар от предохранительных устройств.
Между сосудом с чрезвычайно опасным или высокоопасным веществом, а также с пожаро- или взрывоопасной средой и насосом (компрессором) устанавливают обратный клапан, автоматически закрывающийся под действием давления из сосуда.
При необходимости контроля уровня жидкости в сосудах, имеющих границу раздела сред, применяются указатели уровня. Кроме указателей уровня, на сосудах могут быть установлены звуковые, световые и другие сигнализаторы и блокировки по уровню.
Эксплуатацию паровых и водогрейных котлов регламентируют “Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов”.
Паровые котлы с рабочим давлением до 0,07 МПа должны соответствовать требованием ГОСТ 12.2.096-83. “ССБТ. Котлы паровые с рабочим давлением до 0,07 МПа. Требования безопасности”.
§ 2. Дополнительные требования к баллонам,
